Ulrich Krause

Goßbrände der letzten Jahre zeigen, dass es trotz langjähriger Brandforschung sowie umfangreichen und detaillierten Regelwerken zum vorbeugenden und abwehrenden Brandschutz immer wieder zu nicht vorhergesehenen Ereignisketten mit zum Teil katastrophalen Konsequenzen kommt. Erinnert sei an den Brand eines mit Rohöl beladenen Kesselwagenzuges in der Ortschaft Lac Mégantic (Kanada) am 6. Juli 2013, der 47 Todesopfer forderte. Durch einen Bedienungsfehler bei der Sicherung der Zugbremsen setzte sich der Zug führerlos in Bewegung und entgleiste. Aus umgestürzten Waggons liefen geschätzte 100 000 Liter Rohöl aus, die sich über das Kanalisationssystem der Kleinstadt ausbreiteten. Der nachfolgende, teilweise explosionsartige Abbrand des Rohöls verwüstete den Ort nahezu vollständig und erforderte zwei Tage andauernde Löscharbeiten unter Einsatz von zeitweise bis zu 150 Feuerwehrleuten.

Zum Glück ist Deutschland von vergleichbar katastrophalen Brandereignissen in den vergangenen Jahren verschont geblieben. Jedoch sind immer noch etwa 400 Todesopfer durch Brände jährlich zu beklagen und die wirtschaftlichen Schäden betragen mehrere Milliarden Euro.

Mit komprimierter Luft „aufgeladener“ Löschschaum kann helfen, Großbrände besser zu beherrschen. Druckluftschaum (Compressed Air Foam – CAF) besteht aus einem gegenüber herkömmlichem Löschschaum deutlich verminderten Wasser­anteil, einem geringen Anteil Schaummittel (weniger als ein Volumenprozent bezogen auf den Wasseranteil) sowie komprimierter Luft. Die Löschwirkung beruht auf einer gegenüber herkömmlichem Löschschaum wesentlich gleichmäßigeren und damit stabileren Struktur der Schaumblasen. Wegen des verminderten Wasseranteils hat Druckluftschaum ein besseres Haftvermögen auf geneigten oder vertikalen Flächen. Allerdings sind nicht alle Wirkmechanismen bisher geklärt und deshalb Untersuchungsgegenstand des vom Bundesministerium für ­Bildung und Forschung geförderten Vorhabens „Alternatives Lösch­mittel Druckluftschaum – komplexe Großschadenslagen vermeiden (AERIUS)“. [1]

In der Praxis der Feuerwehren in Deutschland ist Druckluftschaum als Alternative zu Löschwasser bzw. Löschwasser mit Netzmittelzusatz bislang wenig verbreitet. Der Druckluftschaum wird in einer Schaumerzeugungsanlage (Compressed Air Foam System– CAFS), die sich auf dem Löschfahrzeug befindet, unmittelbar beim Einsatz hergestellt. Nicht alle Feuerwehren sind mit dieser Technik ausgerüstet.

Es gibt zudem bislang zu wenig Vertrauen in den Löscherfolg von Druckluftschäumen, weil der wissenschaftlich fundierte Beweis der Wirksamkeit noch fehlt. In der Konsequenz besteht keine flächendeckende Ausbildung zur Handhabung von CAFS. Hier setzt das vorliegende Verbundprojekt an, in dem es Wirkung und Potenziale des Druckluftschaumes grundlegend untersucht. Dabei erlauben bisherige Erfahrungen den Schluss, dass die Anwendung von CAFS in einigen Anwendungsfällen, zum Beispiel bei Flüssigkeitsbränden und Bränden mit hohem Kunststoffanteil sowohl ein effizienteres als auch wassersparendes Löschen ermöglicht. Andererseits werden modifizierte Löschtaktiken erforderlich, die der gezielten Schulung und Ausbildung bedürfen. Die Erkenntnisse des Vorhabens sollen auch zum Abbau von verschiedentlich anzutreffenden Vorurteilen gegen die Anwendung von Druckluftschaum dienen. Dabei geht es nicht darum, Wasser als vorrangig verwendetes Löschmittel abzulösen. Vielmehr geht es darum, Brandszenarien zu beherrschen, für die Wasser nicht oder wenig geeignet ist.

Hinzu kommen Aspekte des Umweltschutzes, denn einerseits bedeutet eine effektivere Brandbekämpfung eine Verminderung von brandbedingten Emissionen. Andererseits ist der Eintrag von Schaummittel in bodennahe und wasserführende Schichten zu untersuchen.

Das Vorhaben AERIUS hat deshalb zum Ziel

  • die grundlegenden Prozesse des Wärme- und Stofftransportes im System Brandgut, Schaum, Umgebung zu klären,
  • optimierte Applikationsraten (ausgebrachtes Schaumvolumen pro Zeit) in Abhängigkeit von der Abbrandrate des Brandgutes und für verschiedene Arten von Brandgut (Feststoffe, brennbare Flüssigkeiten) zu ermitteln,
  • Anwendungsparameter und -taktiken bei Bränden unter realitätsnahen Bedingungen zu erproben (Brände von Batteriespeichern, hochspannungsführende Leitungen) ,
  • Grundlagen für die flächendeckende Ausbildung der Feuerwehren zur Anwendung von CAF zu schaffen,
  • die Auswirkungen der CAF-Anwendung auf die Umwelt zu bewerten.

Partner im Forschungsverbund AERIUS sind die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM), die Berliner Feuerwehr, die Vereinigung zur Förderung des deutschen Brandschutzes e.V. (vfdb) und die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, die das Vorhaben auch koordiniert.

Schäumende Materialien sind aus zahlreichen anderen Anwendungsbereichen bekannt. So ist es möglich, mittels eines Treibgases sehr zeitbeständige polymere Schäume herzustellen. Polyurethanschäume z.B. finden sich in jedem Polstermöbel und es ist möglich, deren Eigenschaften durch Zugabe von Additiven gezielt zu beeinflussen. Geschäumtes Polystyrol wird beispielsweise auch als Dämmstoff oder Verpackungsmaterial eingesetzt. In einigen verfahrenstechnischen Prozessen bilden sich auch unerwünscht Schäume, z. B. bei der Fermentation von Biomasse oder bei Überdosierung von Tensiden. In diesen Fällen ist es im Gegensatz zur Erzeugung von Löschschaum erwünscht, dass der Schaum möglichst rasch zerfällt.

Schaumausbreitung auf einer brennenden Flüssigkeitsoberfläche (Foto: BAM)

Schaumausbreitung auf einer brennenden Flüssigkeitsoberfläche (Foto: BAM)

Aus einer umfangreichen Literaturrecherche zu Eigenschaften von Schäumen und deren Verhalten unter bestimmten thermischen Randbedingungen konnten erste Erkenntnisse insbesondere zur zeitlichen Stabilität von Schäumen abgeleitet werden. Offenbar besteht für die Erzeugung eines möglichst stabilen Schaums eine optimale Konstellation von Schaumparametern (Blasengröße, Dicke der Schaumlamellen), die sich durch gezielte Einstellung des Mischungsverhältnisses herstellen lässt. Weder darf das im Schaum enthaltene Wasser zu schnell abgeleitet werden (bei zu kleinen Blasen) noch zu schnell verdampfen (bei zu großen Blasen), um die optimale Löschwirkung zu zeigen.

In verschiedenen Modellbrandversuchen wurde unter Berücksichtigung der obigen Erkenntnisse Druckluftschaum angewendet und der dadurch erzeugte Kühleffekt mittels Temperatur- und Wärmestromsensoren gemessen. Als Brandobjekte dienten zum Beispiel Lachen brennbarer Flüssigkeiten, die sich nicht oder nur schwer mit Wasser löschen lassen.

Beim Löschen solcher Brände kommt es darauf an, dass sich der Schaum in möglichst kurzer Zeit gleichmäßig auf der brennenden Flüssigkeitsoberfläche verteilt, dadurch die brennbare Flüssigkeit von der Zufuhr von Luftsauerstoff trennt und solange stabil bleibt, bis sich die Flüssigkeit ausreichend abgekühlt hat. Eine sogenannte Rückzündung, darunter versteht man ein erneutes Auftreten von Flammen bei Fehlstellen in der Schaumschicht, muss vermieden werden.

Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Druckluftschaum: Austrag aus einem Hohlstrahlrohr (oben), Austrag aus einer Runddüse (unten). (Foto: OvGU)

Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Druckluftschaum: Austrag aus einem Hohlstrahlrohr (oben), Austrag aus einer Runddüse (unten). (Foto: OvGU)

Ein weiterer wichtiger Untersuchungsgegenstand ist die Umweltbilanz dieser Art der Brandlöschung. Gelingt es, Brände mit Druckluftschaum schneller als mit Wasser zu löschen, wird zum einen die Emission von Brandrauch, das heißt, der luftgetragenen Schadstoffe deutlich vermindert. Zum anderen wird die Kontamination des um den Brandherd befindlichen Bodens sowie gegebenenfalls wasserführender Schichten ebenfalls reduziert. Besonders deutlich wird diese Problematik bei Bränden mit hohem Kunststoffanteil, wie etwa in Recyclinganlagen oder bei Reifenbränden.

Jedoch sind nicht alle Schaummittel unter Umweltaspekten völlig unbedenklich. Chemische und thermische Beständigkeit sind im Hinblick auf die Brandlöschung erwünscht, im Hinblick auf die Abbaubarkeit im Boden jedoch nicht. Nur durch eine vergleichende Analyse ist eine sachlich fundierte Bewertung der Pro- und Contra-Argumente für Schaummittel möglich. Diesem Ziel dienen Untersuchungen zum Stofftransport der Schaummittel in oberflächennahe Bodenschichten und zu deren biologischer Abbaubarkeit.

Schließlich ist die Anwendung von CAF auch eine Frage der geeigneten Löschtaktik. Der Schaum kann entweder direkt auf das Brandgut aufgebracht oder indirekt auf eine Prallfläche aufgetragen werden und von dort auf die brennende Oberfläche fließen. Hier gibt es bereits Erfahrungen bei Feuerwehren, die schon seit einiger Zeit CAF anwenden. Diese sind aber noch nicht systematisch aufbereitet und in Ausbildungsrichtlinien und Handhabungshinweise umgesetzt. Auf Basis der aus den experimentellen Untersuchungen in AERIUS gewonnenen neuen Erkenntnisse wird hier ein intensiver Wissenstransfer in die Praxis der Feuerwehren stattfinden.

Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Krause

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Institut für Apparate- und Umwelttechnik
Lehrstuhl Anlagentechnik und Anlagensicherheit
Universitätsplatz 2
39106 Magdeburg
E-Mail: ulrich.krause@ovgu.de

Rahmenprogramm „Forschung für die zivile Sicherheit“

Das Vorhaben AERIUS wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Forschung für die zivile Sicherheit“ gefördert. Die wichtigsten strategischen Ziele des Programms sind neben dem Schutz und der Rettung von Menschen auch der Schutz kritischer Infrastrukturen sowie der Schutz vor Kriminalität und Terrorismus.

AERIUS wurde innerhalb der Förderrichtlinie „Zivile Sicherheit – Schutz und Rettung bei komplexen Einsatzlagen“ eingereicht, mit der unter anderem die Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der Bevölkerung und Einsatzkräfte gegenüber länger anhaltenden Katastrophenlagen adressiert wurde. Damit trägt diese Fördermaßnahme dazu bei, staatliche und private Akteure bei der Vorsorge sowie der Bewältigung von komplexen Schadenslagen zu unterstützen. Dies betrifft zum Beispiel eine verbesserte Ausrüstung der Einsatzkräfte wie auch die Stärkung der Zusammenarbeit staatlicher Akteure und Hilfsorganisationen untereinander. Zu den Schwerpunkten der Förderung zählen auch Aspekte der Aus- und Weiterbildung, die Gewinnung und Förderung ehrenamtlicher Helfer, Fragen der Risiko- und Krisenkommunikation sowie Möglichkeiten der frühzeitigen Einbeziehung der Bevölkerung.

Weitere Informationen unter: www.sifo.de

 

[1] Wird im Rahmen der BMBF-Bekanntmachung „Zivile Sicherheit – Schutz und Rettung bei komplexen Einsatzlagen“ (Forschung für die zivile Sicherheit 2012-2017) gefördert.